【正文】 (4) 提高干燥過(guò)程熱效率。 2. 噴霧冷凍干燥 常規(guī)噴霧干燥采用有一定溫度的干燥介質(zhì)來(lái)完成整個(gè)蒸發(fā)干燥過(guò)程。除了單純的噴霧干燥技術(shù)，噴霧干燥還與其他的干燥技術(shù)相結(jié)合，形成新型的干燥技術(shù)，如噴霧冷凍干燥技術(shù)。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖如圖 所示： 圖 自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖 自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求是系統(tǒng)運(yùn)行必須是穩(wěn)定的并應(yīng)保證滿足一定的精度要求或某些規(guī)定的性能指標(biāo)，但最基本的要求是穩(wěn)定，也就是說(shuō)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，被控變量不致實(shí)控而發(fā)散。 在一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)中，控制器、執(zhí)行器、測(cè)量變送元件及被控對(duì)象是必不可少的，除此之外，還有一些輔助元件，例如給定裝置、轉(zhuǎn)換裝置，顯示裝置等。 根據(jù)以上的敘述，在本設(shè)計(jì)中采用空氣作為干燥介質(zhì)。 壓力式霧化器是基于用高壓泵直接使溶液受壓后，在小孔中卸壓而使溶液霧化的裝置。如果干燥用的熱空氣需間接換熱，換熱介質(zhì)還有導(dǎo)熱油，道生油等。這一點(diǎn)對(duì)直燃式熱源更為重要，有些被干燥物料易燃、易爆或易氧化，處理這類物料最好選用間接換熱的熱源，選用直燃式要有特殊的阻燃或防爆措施。最重要的是所需干燥的物料是牛奶，不能被污染。 蝸卷入口使含塵氣體作均勻的螺旋運(yùn)動(dòng)，因而比切線入口式的回收效率高。 圖 所選袋式除塵器示意圖 風(fēng)機(jī) 風(fēng)機(jī)是輸送干燥介質(zhì)的動(dòng)力源。這種系統(tǒng)句很大的靈活性，可以通過(guò)調(diào)節(jié)管路壓力分布，改善干燥器的操作條件，使之處于接近大氣壓的微負(fù)壓下操作，避免空氣漏入系統(tǒng)中，造成干燥效率降低。 泵的選型應(yīng)根據(jù)工藝流程從五個(gè)方面加以考慮，既液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)、管路布置以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件等。國(guó)內(nèi)噴霧干燥設(shè)備廠家 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 由于資金和技術(shù)的限制，則多以數(shù)顯控制儀表，繼電器或小型 PLC 為主要控制手段。如圖 所示，用調(diào)節(jié)閥位置代表 3 種調(diào)節(jié)方案。 2) 利用半導(dǎo)體 PN 結(jié)電壓隨溫度的變 化。同時(shí)，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，經(jīng)常需要知道在一段時(shí)間（如一班、一天等）內(nèi)流過(guò)的介質(zhì)總量。例如慣性力式質(zhì)量流量計(jì)、補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)等。 本系統(tǒng)采用電磁式繼電器。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 查文獻(xiàn) [20]第 187 頁(yè)（ 13—1a）式得 : 初始濕空氣的濕含量： 0 0 /( )wwH P p p? ? ? (34) 1 .6 3 70 .6 2 2( 1 0 1 .3 2 5 1 .6 3 7 )?? ? ? 查文獻(xiàn) [20]第 188 頁(yè)（ 13—5b）式得 : 初始濕空氣的焓： 0 0 0 0( 1 .0 1 1 .8 8 ) 2 4 9 2I H t H? ? ? (35) 0 1 0 )2 4 9 ( ?????? KgKJ /? 查文獻(xiàn) [20]第 188 頁(yè)（ 13—6a）式得 : 初始濕空氣的比容： 0 0 0( 0 .7 7 3 1 .2 4 4 ) ( 2 7 3 ) 2 7 3HV H t? ? ? (36) ( 2 7 3 2 0 )( 0 . 7 7 3 1 . 2 4 4 0 . 0 1 0 2 )273?? ? ? ? /m kg? 2. 加熱后熱風(fēng)參數(shù)的計(jì)算 加熱前后空氣濕含量不變，即 ?? HH 。s 計(jì)算時(shí)取 Pa 變頻器因使用方便、可靠性高而成為現(xiàn)代自動(dòng)控制的主要組成元件之一。 執(zhí)行器的選擇 1. 繼電器的選擇 繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號(hào) (如電流、電壓、轉(zhuǎn)速、時(shí)間、溫度等 )的變化而動(dòng)作的自動(dòng)控制電器。例如橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)等。 綜合以上各種檢測(cè)元件，本系統(tǒng)選用測(cè)溫效果 較好的 熱電偶 傳感器。設(shè)計(jì)方案中采用 手動(dòng)控制料液泵調(diào)節(jié)料液的流量；兩個(gè)反饋回路，串級(jí)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)電加熱器的功率來(lái)調(diào)節(jié)熱空氣的入口溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的頻率來(lái)控制出口空氣及產(chǎn)品的溫度和濕度。系統(tǒng)中可選作調(diào)節(jié)參數(shù)的有：物料流入量，旁路空 氣量，空氣加熱器的溫度等。 [27] 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案論證 控制方式的確定 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的控制器主要有單片機(jī)（微型計(jì)算機(jī)）、 PLC（可編程控制器）、智能儀表、數(shù)據(jù)采集控制卡（板卡）與計(jì)算機(jī)組成的控制器等。 進(jìn)料泵 泵是受原動(dòng)機(jī)控制，驅(qū) 使流體運(yùn)動(dòng)，輸送液體或使液體增壓，以實(shí)現(xiàn)某工程需要的機(jī)械。這種系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)點(diǎn)是粉塵及有害氣體不會(huì)泄露至大氣環(huán)境中，但由于干燥器內(nèi)負(fù)壓較高，風(fēng)機(jī)頻繁啟動(dòng)和停止會(huì)引起干燥器內(nèi)局部失穩(wěn)以及外部空氣漏入塔內(nèi)，因此，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)方式適用于小型噴霧干燥系統(tǒng)。 [17] 因?yàn)樵谠撛O(shè)計(jì)中，廢氣的處理量較少，且前面的旋風(fēng)分離器已經(jīng)分離了大部分的粉塵，所以選用內(nèi)慮上進(jìn)風(fēng)正壓式圓形袋式除塵器，并且，為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以不設(shè)置自動(dòng)清灰裝置，而采用采用手動(dòng)的方式定期清灰。其中常規(guī)旋風(fēng)分離器又有切線進(jìn)口和蝸卷入口兩種形式。 該設(shè)計(jì)選擇的是電加熱器。所選用的熱源應(yīng)因地制宜，既考慮各種熱源的費(fèi)用，又要考慮容易獲得。 [17] 噴霧干燥器的附屬設(shè)備的方案論證 空氣加熱器 噴霧干燥的熱源，常用的燃料 主要有固體燃料、液體燃料、氣體燃料、熱載體及電能等。 [17] 霧化器與霧化方式 噴霧干燥的核心部件是液體的霧化裝置，簡(jiǎn)稱霧化器。過(guò)熱蒸汽和惰性氣體都對(duì)設(shè)備有較高的要求，造價(jià)較高。隨動(dòng)控制系統(tǒng)的目的 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁(yè) 就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。比較機(jī)構(gòu)是控制器的一個(gè)組成部分。最近，筆者獲得了國(guó)家林業(yè)局 948 項(xiàng)目的支持，也開(kāi)始這方面的研究，希望在上述研究的基礎(chǔ)上能有所突破。過(guò)熱蒸汽在食品、化工產(chǎn)品的加工中得到 了運(yùn)用。 噴霧干燥系統(tǒng)排放尾氣的溫度較高，含有較多的可利用的熱能，因此可從尾氣余熱回收方面促進(jìn)節(jié)能。 1) 提高熱載體的進(jìn)口溫度，降低其出口溫度。 2) 考慮到噴霧干燥的低熱效率，噴霧干燥的節(jié)能技術(shù)研究尚需要我們的研究人員繼續(xù)努力。 5. 排風(fēng)過(guò)濾系統(tǒng) 大多數(shù)的干燥塔用布袋式內(nèi)濾捕粉，這種捕粉方式相對(duì)效率較高一點(diǎn)，但粉在布袋內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)；這部分顆粒較細(xì)，抖粉時(shí)回到塔內(nèi)勢(shì)必影響沖調(diào)性；單獨(dú)收集回溶造成能源浪費(fèi)，且由于多次受熱，使蛋白質(zhì)變性，影響產(chǎn)品質(zhì)量。據(jù)報(bào)道，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速與液滴直徑成反比，且轉(zhuǎn)速升高以后，液滴的噴距縮短，而液滴分布趨于均勻。 我國(guó)的噴霧干燥技術(shù)發(fā)展的起步比較晚，但自從 50 年代吉林染料廠引進(jìn)第一臺(tái)前蘇聯(lián)的離心盤(pán)式噴霧干燥器以來(lái)，我國(guó)的噴霧干燥技術(shù)發(fā)展也很快。 噴霧干燥技術(shù)的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 最近，國(guó)際上有些學(xué)者把超聲霧化用于噴霧干燥中，取得了一些成果。最早是 La Mont 1865年提出用噴霧干燥法來(lái)處理蛋品，但作出極為重要貢獻(xiàn)的是美國(guó)的 Sameul Percy的發(fā)明，他在 1872 年題為 “干燥操作的改進(jìn)及通過(guò)霧化將液體物料濃縮 ”的專利中，雖然沒(méi)有給出附圖，但清楚地論述了噴霧干燥過(guò)程的實(shí)質(zhì)。 4. 超聲霧化器的噴霧干燥 [2] 其基本原理是：利用足夠強(qiáng)度的超聲場(chǎng)，讓液體從超聲源表面釋放出細(xì)小的霧滴，這些液滴再與周圍的空氣接觸，完成蒸發(fā)干燥過(guò)程。 3) 生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化，操作控制方便 2. 壓力式霧化器的噴霧干燥 [1] 壓力式霧化器是基于用高壓泵直接使溶液受壓后，在小孔中卸壓而使溶液霧化的裝置。 c. 料液未經(jīng)滅菌消毒處理。對(duì)于微型噴霧干燥器來(lái)說(shuō)比較適合，要求完成軟硬件的設(shè)計(jì)工作 ，并能對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行一定的優(yōu)化。 其中，控制系統(tǒng)采用了 PLC 可編程控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性高、靈活性高的優(yōu)點(diǎn) 。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。在干燥過(guò)程中，熱空氣將熱量傳至濕物料，是一個(gè)傳熱過(guò)程 {而水分在濕物料表面汽化，向熱空氣中擴(kuò)散，是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程因此，噴霧干燥是傳熱與傳質(zhì)相結(jié)合的復(fù)雜過(guò)程。 一般噴霧干燥包括四個(gè)階段： 1) 料液霧化； 2) 霧群與熱干燥介質(zhì)接觸混合； 3) 霧滴的蒸發(fā)干燥； 4) 干燥產(chǎn)品與干燥介質(zhì)分離 。常用的有離心式霧化器、壓 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁(yè) 力式霧化器和氣流式霧化器，而氣流式 霧化器針對(duì)不同的料液特性又分為二流體霧化器和三流體霧化器。 3. 氣流式霧化器的噴 霧干燥 [1] 因?yàn)殪F化用的動(dòng)力消耗太大，此種型式主要用于實(shí)驗(yàn)室及中間工廠。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁(yè) 5. 靜電霧化 [1] 當(dāng)在噴嘴和對(duì)應(yīng)的接地電極之間，施加數(shù)千伏的電壓時(shí)，噴嘴尖端流出的液體受到重力、液體的表面張力以及靜電力的聯(lián)合作用，靜電力超過(guò)液體的表面張力時(shí)，液柱表面變得不穩(wěn)定，分裂為離子或霧滴，這就是靜電霧化 [4]。同年 Gardner 提出了第一個(gè)雙流體噴嘴 (即氣流式噴嘴 )的箱式噴霧干燥器。通常超聲的 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁(yè) 振動(dòng)頻率必須大于 20kHz。上海化工研究院、上海染化一廠和上海牙膏廠 (1978 年 )共同研究出兩種不同溫度進(jìn)風(fēng)方式的新型壓力式噴霧干燥塔。其整機(jī)性能已達(dá)到丹麥 NiRo 公司同類產(chǎn)品的性能指標(biāo)。 7. 自動(dòng)化程度低 大多數(shù)乳品廠采用的都是手動(dòng)控制，控制精度較低，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁(yè) 4) 利用迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)，提高噴霧干燥的數(shù)學(xué)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。 噴霧干燥是利用蒸發(fā)物料中的揮發(fā)介質(zhì)而獲得干物料的一種方法，因此，要想獲得較好的熱利用率，盡可能地提高料液固含量也是一種比較好的方法。 目前國(guó)際上公認(rèn)的一種辦法是組合式的干燥方式，例如噴霧干 燥 +內(nèi)部流化床的二級(jí)組合干燥，以及噴霧干燥 +內(nèi)部流化床干燥 +外部流化床干燥的三級(jí)組合干燥方式。但是，考慮到干燥所處理的物料特性，例如醫(yī)藥、生化產(chǎn)品等，它們都有大量的生物活性成分，無(wú)法承受高溫介質(zhì)環(huán)境，為此，大多數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)會(huì)直接選擇 真空冷凍干燥。除了噴霧冷凍干燥技術(shù)，現(xiàn)階段新興發(fā)展起來(lái)的還有噴霧干燥與流化床結(jié)合起來(lái)的干燥技術(shù)。 自動(dòng)控制系統(tǒng)有很多分類方法，可以以被控變量分類，如溫度、壓力、流量、液位等控制系統(tǒng)，也可以按控制器的控制規(guī)律分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等自動(dòng)控制系統(tǒng)。 [21] 研究噴霧干燥技術(shù)的意義 目前，隨著對(duì) 噴霧干燥技術(shù)不斷深入的研究和發(fā)展，已在化學(xué)、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、陶瓷、水泥、水產(chǎn)、林業(yè)、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。主要是因?yàn)槟谭凼鞘称?，用?jīng)過(guò)過(guò)濾的空氣作為干燥介質(zhì)不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成污染，加熱裝置也選用不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成污染的電加熱器。它的比能耗較低，粒度分布較寬。熱源選擇應(yīng)考慮的內(nèi)容，主要集中在以下幾個(gè)方面： 1) 滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。 5) 易于操作。 [18] 粉塵回收設(shè)備 由于從噴霧干燥器出來(lái)的廢氣中夾帶了部分細(xì)粉狀的產(chǎn)品，所以細(xì)粉的收集將影響產(chǎn)品的回收率和 勞動(dòng)條件，甚至造成環(huán)境污染。此外，當(dāng)尺寸相同時(shí)，蝸卷式入口所處理的空氣量也大得多。目前生產(chǎn)生活中常用的風(fēng)機(jī)主要有：軸流風(fēng)機(jī)，離心風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、旋渦式空氣泵等。同時(shí)，微負(fù)壓操作又保證粉塵回收裝置具有最高的回收率。目前，工業(yè)上常用的泵有離心泵、軸流泵、雜質(zhì)泵、計(jì)量泵等。本課題旨在結(jié)合實(shí)際要求，盡可能利用較為先進(jìn)的測(cè)控方法和技術(shù)，設(shè)計(jì)完成一個(gè)具有先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬質(zhì)合金噴霧干燥 (制粒 )塔。 [10,12] 圖 噴霧干燥調(diào)節(jié)系統(tǒng) 方案 1(如圖 所示 )：將物料流量作為調(diào)節(jié)變量，物料經(jīng)泵送人干燥器，滯后最小，對(duì)干燥溫度的校正作用最靈敏，而且干擾位置最靠近調(diào)節(jié)閥，似乎最適宜作為調(diào)節(jié)參數(shù)，但物料流量是生產(chǎn)負(fù)荷，需要維持穩(wěn)定才能保證產(chǎn)量，故它不宜作為調(diào)節(jié)參數(shù)。 3) 利用晶體管特性的變化，制成的集成溫度傳感器，它們的特點(diǎn)是測(cè)溫范圍小，主要適用于低溫測(cè)量。所以，介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。 3) 差壓流量計(jì) 差壓 (也稱節(jié)流式 )流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，通過(guò)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)生產(chǎn)的壓力量而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。 2. 變壓器的選擇 變壓器利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心 (磁芯 )。它就是一種改變電源頻